JPS6366361B2 - - Google Patents

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JPS6366361B2
JPS6366361B2 JP56067888A JP6788881A JPS6366361B2 JP S6366361 B2 JPS6366361 B2 JP S6366361B2 JP 56067888 A JP56067888 A JP 56067888A JP 6788881 A JP6788881 A JP 6788881A JP S6366361 B2 JPS6366361 B2 JP S6366361B2
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JP
Japan
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steel powder
carbon
decarburization
oxygen
atmosphere
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JP56067888A
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English (en)
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JPS57185901A (en
Inventor
Toshihiko Kubo
Minoru Ichidate
Eijiro Tamura
Isamu Karasuno
Masahide Unno
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Sumitomo Metal Industries Ltd
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Publication date
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22FWORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F1/00Metallic powder; Treatment of metallic powder, e.g. to facilitate working or to improve properties
    • B22F1/14Treatment of metallic powder
    • B22F1/145Chemical treatment, e.g. passivation or decarburisation

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
この発明は、炭素0.1wt%以上、酸素0.2wt%以
下、Mn0.5〜7wt%を含有し、かつCr、V、Nb、
B、Si等Feよりも酸化物生成自由エネルギーの
低い易酸化性元素を1種以上含有する鋼粉の脱炭
方法に関する。 粉末冶金製品の原料となる鋼粉は、その酸素含
有量が低いことと共に、極く特殊な用途を除いて
炭素含有量の低いことが要求される。鋼粉中の酸
素および炭素は、鋼粉の圧縮性、成形性、焼結性
等に悪影響をおよぼすからである。 ところで、鋼粉の製造法としては、水アトマイ
ズ法、ガスアトマイズ法、油アトマイズ法が知ら
れている。上記水アトマイズ法で製造された鋼粉
は、噴霧媒である水によつて容易に酸化され、そ
の酸素含有量が高いことである。特に、Cr、
Mn、V等の易酸化性元素を含む鋼粉は酸化され
やすく、得られた酸化鋼粉の還元処理でも必要な
程度まで酸素量を下げることは困難である。1000
℃以上、5時間という高温、長時間の還元処理で
もたかだか0.4wt%程度までしか酸素含有量を下
げることができない。また、他の脱酸法として
は、アトマイズ鋼粉自体に還元剤としての炭素を
故意に添加しておいて、真空中で高温加熱するこ
とにより、C+O→COの反応で酸素と炭素を除
去するという特殊な方法が提案されている。しか
し、この方法によれば、酸素含有量をかなり下げ
られるが、酸素を下げるために最終成品鋼粉中に
残留する炭素量を一定量以上に保つ必要があり、
その装置および操業が複雑になつている。 ガスアトマイズ法は、噴霧媒としてN2、Ar等
のいわゆる不活性ガスを使用し、鋼粉を製造する
方法であり、炭素、酸素の含有量を低減させるこ
とが可能であるが、反面、多量に必要とする不活
性ガスが高価であると共に、得られた成品の粒子
形状が球形になり、その焼結性が悪いという問題
があつた。 油アトマイズ法は、油を噴霧媒として鋼粉を製
造する方法であつて、水アトマイズ法に比べて、
得られた鋼粉に酸化が生じていない(酸素含有量
が低い)という点においてすぐれているが、アト
マイズ時に浸炭するため脱炭処理を施さなければ
ならない点において問題がある。しかも、油アト
マイズ後における脱炭処理方法は、現状におい
て、連続的に効率的な処理方法が見い出されてい
ない状態である。 この発明は、炭素0.1wt%以上、酸素0.2wt%以
下、Mn0.5〜7wt%で、かつCr、V、Nb、B、
Siの元素を1種以上含む鋼粉を得るに当つて、酸
素0.2wt%以下と比較的低く、炭素含有量が比較
的高い鋼粉を使用し、酸化が進行しない間に脱炭
を完了せしめる方法について提案するものであ
り、その特徴は、少なくともH2O、H2からなる
大気圧以上の雰囲気中において、 750℃≦t≦1250℃、 PH2O/PH2≦0.04 ただし、t:雰囲気温度(℃) PH2O:水蒸気分圧 PH2:水素分圧 の条件で、処理時間15分以下、好ましくは10分以
下で処理することにある。なお、ここで「大気圧
以上」とは、設備に外気が侵入するのを防ぐため
に、大気圧よりやや正圧にすることを意味する。 以下、この発明法について詳細に説明する。 まず、この発明者らは、鋼粉中に含有する
0.1wt%以上の炭素を脱炭する雰囲気について検
討した。鋼粉中の炭素を脱炭するには、比較的炭
素と反応しやすい酸素を可及的に添加した雰囲気
にすることが考えられる。しかしながら、酸素を
含む雰囲気中では、鋼粉の主成分であるFe、あ
るいはFeよりも酸化しやすいCr、Mn、V、Nb、
B、Si等の易酸化性元素の酸化を招く結果とな
る。従つて、脱炭を促進し、比較的酸化させない
雰囲気を選定することが重要となる。 ところで、乾燥した純粋な水素は、さほど脱炭
性はないが、湿つた雰囲気中では水蒸気の作用に
より脱炭反応は促進される。しかも、水蒸気には
酸化性があるため、水素の分圧に対する水蒸気の
分圧比を適正に選定すると、Feおよび易酸化性
元素を酸化させることなく効率のよい脱炭が行な
われる。 そこで、この発明者らは、水蒸気、H2、N2
らなる雰囲気中で、効果的な酸化を行わせない脱
炭雰囲気について実験した。 第1図は、雰囲気条件を調べるための実験結果
であり、初期炭素含有量0.6wt%、初期酸素含有
量0.05wt%のCr−Mn系低合金鋼粉(Cr:1.0wt
%、Mn:1.5wt%)をステンレス製の容器に3
mmの層高に保ち、大気圧よりやや正圧のH2O、
H2、N2の雰囲気内でPH2O/PH2の値を種々変
化させ、10分後の炭素()含有量と酸素(
含有量を調べたものである。ただし、この時の雰
囲気温度は800℃と1050℃であつた。 この実験結果より、鋼粉の圧縮性、成形性、焼
結性に悪影響をおよぼさないと思われる炭素含有
量0.1wt%以下、酸素含有量0.2wt%以下の範囲で
は、PH2O/PH2の値を0.04以下の条件に保つと
よい。従つて、この発明法においては、雰囲気条
件をPH2O/PH2≦0.04とした。 第2図は、雰囲気温度を調べた実験結果であ
り、この実験では初期炭素含有量0.6wt%、初期
酸素含有量0.09wt%のCr−Mn系低合金鋼粉
(Cr:1.0wt%、Mn:1.5wt%)をステンレス製
の容器に3mmの層高に保ち、炉内雰囲気を
PH2O/PH2=0.03、PH2=70%、残りN2ガスで
大気圧よりやや正圧にして、雰囲気温度を種々変
えて、処理時間と炭素()、酸素()の含有
率の変化を調べた。この第2図より、脱炭性は雰
囲気温度を高くする程効果的であるが、時間が経
過するにつれて酸化も進むことがわかる。この脱
炭性、酸化の両面より、750℃以上でかつ10分以
内の短時間で容易に炭素含有量を0.1wt%以下ま
で脱炭でき、また極度の酸化も防止できる。さら
に、同第2図から、雰囲気温度を高くすればする
程、酸化は進まないが、脱炭が急に進むことがわ
かり、従つて、雰囲気温度を高くして、短時間の
処理が効率的であることがわかる。ところが、第
2図と同一条件の鋼粉、雰囲気中で雰囲気温度を
種々変化させた際の粒子相互の固着現象を調べた
結果、次のことが判明した。 すなわち、第3図は雰囲気温度を20分間保持し
たときの付着力を図示したものである。この第3
図より、温度が1250℃を越えると鋼粉の相互固着
が急速に強固になり、それに応じた脱炭処理後の
破砕が困難となり得策でないことが判明した。 以上、第2図および第3図の結果より鋼粉処理
の雰囲気温度(t℃)は、750℃≦t≦1250℃の
範囲が好ましいことになる。 これらの実験結果より、溶融金属から噴霧法に
よつて製造された炭素0.1wt%以上、酸素0.2wt%
以下、Mn0.5〜7wt%を含有し、かつCr、V、
Nb、B、Si等の易酸化性元素を1種以上含有す
る鋼粉を、大気圧以上の雰囲気中において、 750℃≦t≦1250℃、 PH2O/PH2≦0.04 ただし、t:雰囲気温度(℃) PH2O:水蒸気分圧 PH2:水素分圧 の条件下で、処理時間15分以下、好ましくは10分
以下で脱炭処理をすることにより、鋼粉の相互固
着による弊害を防止しつつ短時間に酸素含有量を
所定値に保つた状態で所望の0.1wt%以下まで含
有炭素量を低下させることが可能となる。 次に、この発明法の実施例について説明する。
まず、実施例を示すに当つて、使用した試験装置
の概要について説明する。 第4図はその試験装置の概要を示すものであ
り、脱炭炉1内へは、その雰囲気ガスを調整する
ために、H2O(蒸気)、H2、N2ガスのそれぞれの
供給系にバルブおよび圧力計9を設け、これらの
供給系からのそれぞれのガスはガス混合器10に
て均一に混合されて、加熱ヒーター8で加熱され
ながら所望の脱炭雰囲気ガスが前記脱炭炉1内に
供給されるようになつている。一方、サンプル鋼
粉7は、脱炭炉1の図示右端のサンプル取出口4
から該炉1内に装入され、該炉天井部に設けられ
たラジアントチユーブ2により所定の温度まで加
熱されるようになつている。このように雰囲気ガ
ス、雰囲気温度を保ちながら脱炭処理を行ない、
発生する排ガスは排ガス出口3より排出され、一
定時間経過したのち、加熱を止め、サンプル取出
口4部近傍よりN2ガスのみを供給し、常温近く
まで冷却し、冷えたサンプル鋼粉をサンプル取出
口4より炉外に取出す構造となつている。なお、
6は車軸つきサンプル容器であり、5は前記サン
プル容器の搬入、搬出に供するサンプル搬送用レ
ールを示す。 実施例 1 第1表に示す化学成分および粒度分布を有する
Cr−Mn系低合金鋼粉を第4図に示す試験装置で
脱炭処理した。その時の処理条件を第2表に、脱
炭処理後の鋼粉の化学成分および粒度分布を第3
表に示す。 第3表の結果より明らかなごとく、酸素含有量
をさほど増加させずに0.1wt%以下に保ち、しか
も他の化学成分、粒度分布に何等悪影響をおよぼ
さずに、炭素含有量を0.51wt%より0.05wt%まで
脱炭することができた。
【表】
【表】
【表】 実施例 2 この実施例は、Vを含有する低合金鋼粉に関す
る実施例であり、第4表に示す化学成分、粒度分
布を有する鋼粉を、第4図の試験装置で脱炭処理
した。そのときの処理条件を第5表に、脱炭処理
後の鋼粉の化学成分および粒度分布を第6表に示
す。 第6表より明らかなごとく、酸素含有量をさほ
ど増加させず、0.1wt%以下に保ち、しかも他の
化学成分、粒度分布に何等悪影響をおよぼさず
に、炭素含有量を0.47wt%より0.04wt%まで脱炭
させることができた。
【表】
【表】
【表】
【表】 実施例 3 この実施例は、SUS304系の鋼粉に関する実施
例であり、第7表に示す化学成分、粒度分布を有
する鋼粉を、第4図の試験装置で脱炭処理した。
そのときの処理条件を第8表に、脱炭処理後の鋼
粉の化学成分および粒度分布を第9表に示す。 第9表より明らかなごとく、酸素含有量をさほ
ど増加させずに0.1wt%以下に保ち、しかも他の
化学成分、粒度分布に何等悪影響をおよぼさず
に、炭素含有量を0.57wt%より0.09wt%まで脱炭
させることができた。
【表】
【表】
【表】 以上の実施例からでも明らかなごとく、炭素
0.1wt%以上で、Mnを含有し、酸素含有量が比
較的低く、しかもCr、V、Nb、B、Si等の易酸
化性元素を1種以上含有する鋼粉を、この発明法
により短時間に脱炭処理することが可能となつ
た。なお、Nb、Bの易酸化性元素については、
実施例をあげなかつたが、前記実施例と同様の効
果が得られることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
第1図は脱炭雰囲気を調べるためのPH2O/
PH2と炭素、酸素含有量との関係を示す図表、第
2図は雰囲気温度を調べるために種々温度を変化
させたときの時間と炭素、酸素含有量との関係を
示す図表、第3図は雰囲気温度上限値を調べるた
めの雰囲気温度と鋼粉の付着力の関係を示す図
表、第4図はこの発明の実施例における試験装置
の概要を示す説明図である。 1……脱炭炉、2……ラジアントチユーブ、3
……排ガス出口、4……サンプル取出口、5……
サンプル搬送用レール、6……車軸つきサンプル
容器、7……サンプル、8……加熱ヒーター、9
……圧力計、10……ガス混合器。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 炭素0.1wt%以上、酸素0.2wt%以下、Mn0.5
    〜7wt%を含有し、かつCr、V、Nb、B、Siの
    元素を1種以上含有する鋼粉を、少なくとも
    H2O、H2からなる大気圧以上の雰囲気において、 750℃≦t≦1250℃、 PH2O/PH2≦0.04 ただし、t:雰囲気温度(℃) PH2O:水蒸気分圧 PH2:水素分圧 の条件で、処理時間15分以下で処理することを特
    徴とする鋼粉の処理方法。
JP56067888A 1981-05-06 1981-05-06 Treatment for steel powder Granted JPS57185901A (en)

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JPS5443119A (en) * 1977-09-12 1979-04-05 Kawasaki Steel Co Heat treatment of iron powder for use in powder metallurgy
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